Ingénierie Optique de Matériaux Multiplexes Chémo-sensitifs – OptiMat

Ce projet se situe aux interfaces de la chimie moléculaire et supramoléculaire, des polymères et de la photochimie. Il cible la conception d’architectures macromoléculaires aux composition et fonctionnalité parfaitement contrôlées, avec un intérêt particulier porté aux processus de polymérisation et de fonctionnalisation de surface photo-induits. Pour atteindre ces objectifs, notre approche s’appuiera sur la fabrication assistée à deux photons de matériaux photo-polymères 3D, de taille micrométrique, et leur post-fonctionnalisation au moyen de sondes moléculaires luminescentes.

Le projet est centré sur a) la conception et la fabrication par polymérisation induite à 2 photons de microstructures réticulées, porteuses de groupements de surface susceptibles d’être activées par réaction de type photo-click, b) la conception de sondes moléculaires fluorescentes et leur implantation à la surface de ces microstructures, par l’utilisation de procédés photo-click activés à 2 photons, de telle façon que leurs propriétés optiques, sensibilité et sélectivité seront transposées aux matériaux; c) l'optimisation du rapport surface/volume des structures pour favoriser les interactions sonde-analyte aux interfaces et amplifier le signal de détection, pour une réponse luminescente efficace.

D’un point de vue scientifique, le défi de concevoir des objets fonctionnels à l’échelle du micron présente un grand intérêt : jusqu’à quel point peut-on accroitre la complexité de tes objets ?

Un premier pré-requis est la résolution spatiale. La photo-polymérisation induite à deux photons permettra d’atteindre ce but du fait d’une haute résolution spatiale. Dans le cadre de ce projet, la production de structures fractales sera évaluée pour améliorer le rapport surface/volume des matériaux et optimiser l'accessibilité aux fonctions acrylate de surface, activables, de façon à favoriser une fonctionnalisation rapide et efficace.

Un second point porte sur la fonctionnalisation de surface. Les avantages (résolution et contrôle spatial) de procédés photo-click induits à deux photons seront appliqués la fonctionnalisation de surface. L’utilisation de groupes dédiés à la détection moléculaire, au titre de démonstration de concept, anticipera le développement de capteurs fluorescents de taille micrométrique. Les propriétés de détection des matériaux obtenus seront assurées du fait du caractère fluorescent des unités pyrazolines greffées en surface de ces objets. L’itération, site-par-site, du greffage de surface, au moyen de groupes dédiés à la détection d’analytes différents, nous permettra de construire une nouvelle génération de capteurs multiplexes.

L'originalité de ce projet dépasse les limites de la conception de matériaux chémo-sensitifs de taille micrométrique : seront examinés, au travers d’études fondamentales des mécanismes et cinétiques, des aspects liés i) au contrôle de la localisation de groupes fonctionnels à la surface d'objets photo-polymérisés ii) à la nano-structuration de ces objets pour optimiser les interactions à leur interface et le signal de détection iii) à l’évaluation de capteurs multiplexes pour l'identification d’analytes complexes.

Des avancées significatives sont attendues en termes d’optimisation des matériaux issus de polymérisation à 2 photons, de mise en oeuvre de réactions photo-click à 2-photons pour lafonctionnalisation de surface, d’études photophysiques sur les processus photo-induits, de compréhension des relations structure-propriétés des matériaux via la luminescence : agrégation et extinction de luminescence, interfaces, interactions non-covalentes et détection.

Ainsi, ce projet pourra contribuer à des évolutions nécessaires dans les domaines de capteurs pour la qualité de l'air, la qualité de l'eau, la détection de composés organiques volatils, les capteurs pour la défense et la sécurité, l’industrie agroalimentaire...